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1、P阱CMOS芯片制作工艺设计制作：韩光、黄云龙、 黄文韬XUTSchool of sciences 设计任务设计任务XUTSchool of sciences一、一、MOS管的器件结构参数确定管的器件结构参数确定NMOS管参数设计与计算PMOS管参数设计与计算XUTSchool of sciencesNMOS管参数设计与计算 特性指标要求：n沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTn=0.5V, 漏极饱和电流IDsat1mA, 漏源饱和电压VDsat3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS20V, 跨导gm2mS, 截止频率fmax3GHz（迁移率n取600cm2/Vs）XUTS
2、chool of sciencesNMOS管参数设计与计算由 得从而有：XUTSchool of sciencesNMOS管参数设计与计算饱和电流：跨导：于是取：W/L 13.4XUTSchool of sciencesNMOS管参数设计与计算由截止频率： 知：L 3.1um由 和经验公式：知： XUTSchool of sciencesNMOS管参数设计与计算又因为阈值电压：其中：将 带入以上各式可得： 0.48V 与要求 0.5V 相差不多 故 满足要求 XUTSchool of sciencesNMOS管参数设计与计算最后由：故综上取：则：W=30umXUTSchool of scien
3、cesPMOS管参数设计与计算特性指标要求： p沟多晶硅栅MOSFET：阈值电压VTp= -1V, 漏极饱和电流IDsat1mA, 漏源饱和电压VDsat3V，漏源击穿电压BVDS=35V, 栅源击穿电压BVGS=25V, 跨导gm0.5mS, 截止频率fmax1GHz（迁移率p=220cm2/Vs） XUTSchool of sciencesPMOS管参数设计与计算由 得从而有：XUTSchool of sciencesPMOS管参数设计与计算饱和电流： 跨导:于是取：W/L 12.2XUTSchool of sciencesPMOS管参数设计与计算截止频率： 知：L 3.24um 由 和经
4、验公式： 知：XUTSchool of sciencesPMOS管参数设计与计算又因为阈值电压：其中：将 带入以上各式可得： 与-1V相比相差稍微有点大，故作微调取：此时： 满足要求XUTSchool of sciencesPMOS管参数设计与计算最后由：故综上取：则：W=60um注：这里无论是NMOS还是PMOS的计算都是以理想 在计算，实际做时要考虑安全余量适当做厚点因为为了保持电流连续性一般取PMOS的宽长比为NMOS的2倍XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程二、P阱CMOS芯片的工艺流程如下: 衬底制备 初始氧化 阱区光刻P阱区注入及推进场氧化及 去除有
5、源区光刻 淀积预栅氧化及P管 注入栅氧及多晶硅淀积、掺杂 光刻P+区光刻及注入N+区光刻及注入Al淀积、光刻及 合金 引线空光刻PGS淀积及源漏 区推进N管场区光刻， 场注入XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程1.衬底制备 由于CMOS器件对界面电荷特别敏感，衬底与 界面态尽可能低，因此选择晶向为 的N型硅做衬底，电阻率约为的N型硅衬底XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程2.初始氧化 为阱区的选择性刻蚀和随后的的阱区深度注入做工艺准备。阱区掩蔽氧化介质层的厚度取决于注入和推进的需要。这是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程序列的第
6、一次氧化。N-Si衬底XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程3.阱区光刻 是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺的第一次光刻，具体包括:涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等工序， 刻蚀除P阱区注入窗口。N-SiXUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程4.P阱注入及推进（第一次注入） 次步是P阱硅栅CMOS集成电路制造工艺流程中第一次注入掺杂，P阱注入及推进主要是形成P阱区。N-subP-wellXUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程5.剥离阱区氧化层6.热生长垫氧化层 目的是消除 界面间应力，第二次氧化7
7、.LPCVD淀积 N-subP-well薄氧XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程8.有源区光刻：即第二次光刻 N-SiP-wellSi3N4XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程 9.N沟MOS管场区光刻：即第三次光刻 以光刻胶作为掩蔽层，刻蚀除N沟MOS管场区的注入窗口。10.N沟MOS管P+注入：第二次注入 N沟MOS管场区P+的注入首要目的是增强阱区上沿位置处的隔离效果，同时场区重掺杂注入客观上组织了场区寄生MOS管工作 综合9、10两个步骤如图: 光刻胶N-SiP-B+XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯
8、片的工艺流程11.局部氧化：第三次化 目的：生长场氧化层12.剥离 和 的缓冲层 综合11、12两个步骤如图： N-SiP-XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程13.热氧化生长栅氧化层：第四次氧化14.P沟CMOS管沟道区光刻：第四次光刻15.P沟MOS管沟道区注入（第四次注入）：此过程的目的是调整阈值电压综合13、14、15三个步骤如图：N-SiP-B+XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程16.生长多晶硅17.刻蚀多晶硅栅（第五次光刻）：形成N沟MOS管和P沟MOS管的多晶硅栅。 综合16、17步骤如图： 多晶硅N-SiP-XU
9、TSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程18.涂光刻胶19.刻蚀P沟MOS管区的胶膜：第六次光刻20.注入掺杂P沟MOS管区域（第五次注入）：形成CMOS管的源区和漏区。 综合18、19、20三步如图： N-SiP-B+XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程21.涂光刻胶22.刻蚀N沟MOS管区域的胶膜：第七次光刻23.注入掺杂N沟MOS管区域（第六次注入）：形成MOS管的源漏区。24.生长磷硅玻璃:对器件隔离保护。 综合21、22、23、24四步如图：光刻胶N-SiP-PXUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程
10、25.引线孔光刻：第八次光刻 如下图：PSGN-SiPP-P+N+N+XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程PSGN-SiP+P-P+N+N+XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片的工艺流程26.真空蒸铝27.铝电极反刻 综合26、27两步如图：AlPSGXUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算三、薄膜加工工艺参数计算（1）阱区注入时掩蔽膜厚度的计算以及验证和生长 离子注入 P阱形成 高温推进由P阱的方块电阻 B注入补偿后的杂质计量XUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算由衬底电阻率 查表可知若P阱结
11、深5um 则补偿杂质剂量与 相比可以忽略，故注入剂量：若取注入能量E=45kev则离子注入后采用快速热退火使杂质充分活化和晶格损伤降至最低。最后在T=1200 下进行推进达到结深要求XUTSchool of sciences当T=1200 时 注入后的 推进可以看做有限表面源扩散则推进所需时间为：根据最小掩蔽膜公式对于CMOS器件： T=1200 时 =0.62um 对于实际器件掩蔽膜厚度应为 的1.52倍 薄膜加工工艺参数计算XUTSchool of sciences故氧化掩蔽膜厚度为1.24um采用干-湿-干法生成 对于 : T=1200 时干氧：湿氧：第一步：15min干氧由： 知：薄膜
12、加工工艺参数计算XUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算第二步:湿氧135min先将前部干氧对次步的影响算出： =1.16um采用公式： 得：第三步：干氧15min先将前部干氧对次步的影响算出： =2150.7min XUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算采用公式： 得：所以综上：掩蔽膜厚度即符合结深要求，又有适当工艺生成。（2）生长600 的垫氧化层XUTSchool of sciences为了使后道工艺対前道工艺的影响小，此时T取1100 采用干氧生成。对于 : T=1100 时由公式： 得：t=23.57min薄膜加工工艺参数计算XUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算（3）生长场氧化层厚度为1um：选取湿氧工艺，T取1100 则:对于由公式： 得：t=139.4min(4)栅氧化生长厚度为417 ：选取T=1000 干氧氧化 则:对于XUTSchool of sciences薄膜加工工艺参数计算由公式： 得：t=45.95min(5)多晶硅栅层淀积：选择LPCVD化学汽相淀积，厚度5000 温度T取600(6) 膜淀积：选择LPCVD低压化学气相淀积，厚度1000 温度T取600XUTSchool of sciencesP阱CMOS芯片制作工艺设 计 结束 Thanks
